紧凑轻量型的一体化关节模组的制作方法

1.本发明涉及机器人领域技术，尤其是指一种紧凑轻量型的一体化关节模组。


背景技术：

2.多关节机器人与人的手臂相类似，其特点是能像人手那样地灵活动作。例如，遇到障碍物时，多关节机器人能绕过障碍物达到目标处，对此，一般的极座标或圆柱坐标型的工业机器人是难以做到的。又如要求完成某些特殊运动(摇曲柄运动)时，多关节机器人也更容易完成。多关节机器人还可像人手那样，用最少的时间从一点移动到另一点。如果在多关节机器人手部和腕部装上触觉和力的传感器，它就能做更多、更复杂的工作，其中关节模组时多关节机器人中重要的组成部分，行业人员对其研究也更加成熟。
3.现有的机器人伺服关节结构较为复杂，并且安装时需要将电机带本体壳一起安装，不仅安装过程复杂，而且电机维修时需要将整个关节部件进行更换，而且现有的关节一般采用插针式抱闸的止动方式，这种制动方式在进行紧急制动时，会发生输出端小角度的偏转，会存在一定的安全隐患，而且制动精度也不高，从而影响机器人整体的性能；因此，有必要对现有的机器人关节结构作出进一步改进。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种紧凑轻量型的一体化关节模组，其能有效解决现有之机器人关节结构安装过程复杂、维修过程麻烦、制动方式安全性不高以及制动精度较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
6.一种紧凑轻量型的一体化关节模组，包括有壳体、谐波减速机、无框力矩电机、永磁制动器、输入端码盘、输出端码盘、控制板以及功率板；该壳体内具有一前端开口的安装腔，且壳体包括有主体部以及设置在主体部上的后壳；该谐波减速机设置在壳体前端，谐波减速机上具有同轴设置的输入轴和输出轴，该输入轴和输出轴均向内伸入安装腔中，且输出轴向外伸出输入轴的外端；该无框力矩电机设置在安装腔中，无框力矩电机包括有电机定子以及电机转子，该电机定子固定在安装腔内壁，该电机转子设置在输入轴上并与电机定子位置对应；该永磁制动器包括有制动器定子与制动器转子，该制动器定子固定在安装腔内壁，该制动器转子套设在输入轴上并贴合固定在电机转子的端面，制动器转子与制动器定子位置对应；该输入端码盘设置在安装腔中并套设在输入轴上；该输出端码盘设置在安装腔中并套设在输出轴上；该控制板设置在安装腔中并套设在输出轴上；该功率板设置在安装腔中并套设在输出轴上。
7.作为一种优选方案，所述主体部侧壁间隔设置有多个沿主体部轴向延伸的凹槽；且主体部上开设有多个第一定位孔，对应的，谐波减速机上开设有多个与第一定位孔配合的第二定位孔。
8.作为一种优选方案，所述主体部上设置有轴承安装座以及第一轴承，该轴承安装
座设置于安装腔内壁并与制动器定子固定在一起，该第一轴承设置在轴承安装座上，前述输入轴的外端伸入第一轴承中并与第一轴承配合，且第一轴承为带密封盖的轴承。
9.作为一种优选方案，所述轴承安装座为40cr材质。
10.作为一种优选方案，所述制动器定子的后端一体向外延伸出有环形的固定部，该固定部上开设有第一固定孔，主体部上开设有与第一固定孔配合的第二固定孔，制动器定子通过第一固定孔与第二固定孔的配合，采用后端固定的方式固定在主体部上。
11.作为一种优选方案，所述制动器转子通过粘接的方式并配合磁吸力固定在电机转子端面上。
12.作为一种优选方案，所述后壳上设置有第二轴承，前述输出轴的外端伸入第二轴承中并与第二轴承配合。
13.作为一种优选方案，所述输入端编码盘通过螺合的方式与输入轴配合，并通过螺栓与主体部固定，对应的，输出端编码盘通过螺合的方式与输出轴配合并通过螺栓与主体部固定。
14.作为一种优选方案，所述功率板上设置有一插接座，该控制板以及功率板均与插接座电性连接。
15.作为一种优选方案，所述后壳开设有连通安装腔的通孔，前述插接座与通孔位置对应。
16.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
17.通过谐波减速机设置在壳体前端，谐波减速机上具有同轴设置的输入轴和输出轴，该输入轴和输出轴均向内伸入安装腔中，并配合无框力矩电机的设置，使得整体结构更加简单，一体性更好，组装时只需将谐波减速机组装在壳体上即可，无需对电机进行组装，组装过程更加方便，也更加方便于拆装维修，同时采用永磁制动器，以及制动器转子套设在输入轴上并贴合固定在电机转子的端面，使得制动器转子直接作用在无框力矩电机转子上，制动响应更快，相较于插针式抱闸制动方式能有效避免出现紧急制动时输出端偏转的情况，降低了安全隐患，同时制动精度更准，保证了机器人整体的性能。
18.为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
19.图1是本发明之较佳实施例的立体结构示意图；
20.图2是本发明之较佳实施例的分解状态示意图；
21.图3是本发明之较佳实施例的截面示意图；
22.图4是本发明之较佳实施例的局部组装示意图。
23.附图标识说明：
24.10、壳体
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101、安装腔
25.102、凹槽
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103、第一定位孔
26.104、第二固定孔
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105、通孔
27.11、主体部
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12、后壳
28.13、轴承安装座
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14、第一轴承
29.15、第二轴承
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20、谐波减速机
30.201、第二定位孔
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21、输入轴
31.22、输出轴
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30、无框力矩电机
32.31、电机定子
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32、电机转子
33.40、永磁制动器
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401、第一固定孔
34.41、制动器定子
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42、制动器转子
35.43、固定部
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50、输入端码盘
36.60、输出端码盘
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70、控制板
37.80、功率板
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81、插接座。
具体实施方式
38.请参照图1至图4所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，其中包括有壳体10、谐波减速机20、无框力矩电机30、永磁制动器40、输入端码盘50、输出端码盘60、控制板70以及功率板80。
39.该壳体10内具有一前端开口的安装腔101，且壳体10包括有主体部11以及设置在主体部11上的后壳12；在本实施例中，所述主体部11侧壁间隔设置有多个沿主体部11轴向延伸的凹槽102，该凹槽102用于增大主体部11的散热面积，用于提升电机的散热速度；且主体部11上开设有多个第一定位孔103；所述主体部11上设置有轴承安装座13以及第一轴承14，该轴承安装座13设置于安装腔101内壁，该第一轴承14设置在轴承安装座13上；所述轴承安装座13为40cr材质，能有效隔绝永磁制动器40以及无框力矩电机30的磁场对输入端码盘50以及输出端码盘60的影响；且第一轴承14为带密封盖的轴承，还能有效防止刹车长时间工作时时产生的粉尘对输入端码盘50以及输出端码盘60的影响；主体部11上开设有与第一固定孔401配合的第二固定孔104；所述后壳12上设置有第二轴承15；所述后壳12开设有连通安装腔101的通孔105。
40.该谐波减速机20设置在壳体10前端，谐波减速机20上具有同轴设置的输入轴21和输出轴22，该输入轴21和输出轴22均向内伸入安装腔101中，且输出轴22向外伸出输入轴21的外端；在本实施例中，所述谐波减速机20上开设有多个与第一定位孔103配合的第二定位孔201，使之更加方便于谐波减速机20与壳体10的装配过程；所述输入轴21的外端伸入第一轴承14中并与第一轴承14配合；所述输出轴22的外端伸入第二轴承15中并与第二轴承15配合，第二轴承15用于保证输出轴22的同轴度。
41.该无框力矩电机30设置在安装腔101中，无框力矩电机30包括有电机定子31以及电机转子32，该电机定子31固定在安装腔101内壁，该电机转子32设置在输入轴21上并与电机定子32位置对应，使得安装时只需将谐波减速机20安装在壳体10上即可，整体结构更加一体化，安装过程也更加简单，同时拆装维修也更加方便。
42.该永磁制动器40包括有制动器定子41与制动器转子42，该制动器定子41固定在安装腔101内壁，该制动器转子42套设在输入轴21上并贴合固定在电机转子32的端面，制动器转子42与制动器定子41位置对应，通过制动器转子42直接作用与电机转子32的端面，这种制动方式相较于电磁刹车器制动方式来说，制动响应更快，而且产生的粉尘少，同时体积更
小，重量也更轻，摩擦噪音也更小，相较于插针式抱闸制动方式，能有效避免输出轴发生偏转的情况，安全性更高，同时制动精度也更高；在本实施例中；前述轴承安装座13与制动器定子41固定在一起，配合第一轴承14设置在轴承安装座13上并与输入轴21的外端配合，用于保证输入轴21与电机定子31之间的同轴度，进一步保证了机器人关节的精度；所述制动器定子41的后端一体向外延伸出有环形的固定部43，该固定部43上开设有第一固定孔401，制动器定子41通过第一固定孔401与第二固定孔104的配合，采用后端固定的方式固定在主体部11上，制动器定子41通过倒装的安装方式，更加方便于售后的拆装和维修；所述制动器转子41通过粘接的方式并配合磁吸力固定在电机转子32端面上。
43.该输入端码盘50设置在安装腔101中并套设在输入轴21上；在本实施例中，所述输入端编码盘50通过螺合的方式与输入轴21配合，并通过螺栓(图中未示)与主体部11固定。
44.该输出端码盘60设置在安装腔101中并套设在输出轴22上；在本实施例中，所述输出端编码盘60通过螺合的方式与输出轴22配合并通过螺栓(图中未示)与主体部11固定，使得安装输入端编码盘50和输出端码盘60时，可先通过螺合的方式进行预安装，使得输入端码盘50与输出端码盘60位于同一水平面，然后再分别与主体部11通过螺栓的方式固定，安装精度更高。
45.该控制板70设置在安装腔101中并套设在输出轴22上。
46.该功率板80设置在安装腔101中并套设在输出轴22上；在本实施例中，所述功率板80上设置有一插接座81，前述控制板70以及功率板80均与插接座81电性连接；该插接座81与通孔105位置对应，使得控制板70和功率板80的接口集中在一起，走线更加方便，进一步简化了整体的结构。
47.本发明的设计重点在于：通过谐波减速机设置在壳体前端，谐波减速机上具有同轴设置的输入轴和输出轴，该输入轴和输出轴均向内伸入安装腔中，并配合无框力矩电机的设置，使得整体结构更加简单，一体性更好，组装时只需将谐波减速机组装在壳体上即可，无需对电机进行组装，组装过程更加方便，也更加方便于拆装维修，同时采用永磁制动器，以及制动器转子套设在输入轴上并贴合固定在电机转子的端面，使得制动器转子直接作用在无框力矩电机转子上，制动响应更快，相较于插针式抱闸制动方式能有效避免紧急制动时出现输出端偏转的情况，降低了安全隐患，同时制动精度更准，保证了机器人整体的性能。
48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：包括有壳体、谐波减速机、无框力矩电机、永磁制动器、输入端码盘、输出端码盘、控制板以及功率板；该壳体内具有一前端开口的安装腔，且壳体包括有主体部以及设置在主体部上的后壳；该谐波减速机设置在壳体前端，谐波减速机上具有同轴设置的输入轴和输出轴，该输入轴和输出轴均向内伸入安装腔中，且输出轴向外伸出输入轴的外端；该无框力矩电机设置在安装腔中，无框力矩电机包括有电机定子以及电机转子，该电机定子固定在安装腔内壁，该电机转子设置在输入轴上并与电机定子位置对应；该永磁制动器包括有制动器定子与制动器转子，该制动器定子固定在安装腔内壁，该制动器转子套设在输入轴上并贴合固定在电机转子的端面，制动器转子与制动器定子位置对应；该输入端码盘设置在安装腔中并套设在输入轴上；该输出端码盘设置在安装腔中并套设在输出轴上；该控制板设置在安装腔中并套设在输出轴上；该功率板设置在安装腔中并套设在输出轴上。2.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述主体部侧壁间隔设置有多个沿主体部轴向延伸的凹槽；且主体部上开设有多个第一定位孔，对应的，谐波减速机上开设有多个与第一定位孔配合的第二定位孔。3.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述主体部上设置有轴承安装座以及第一轴承，该轴承安装座设置于安装腔内壁并与制动器定子固定在一起，该第一轴承设置在轴承安装座上，前述输入轴的外端伸入第一轴承中并与第一轴承配合，且第一轴承为带密封盖的轴承。4.根据权利要求3所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述轴承安装座为40cr材质。5.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述制动器定子的后端一体向外延伸出有环形的固定部，该固定部上开设有第一固定孔，主体部上开设有与第一固定孔配合的第二固定孔，制动器定子通过第一固定孔与第二固定孔的配合，采用后端固定的方式固定在主体部上。6.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述制动器转子通过粘接的方式并配合磁吸力固定在电机转子端面上。7.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述后壳上设置有第二轴承，前述输出轴的外端伸入第二轴承中并与第二轴承配合。8.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述输入端编码盘通过螺合的方式与输入轴配合，并通过螺栓与主体部固定，对应的，输出端编码盘通过螺合的方式与输出轴配合并通过螺栓与主体部固定。9.根据权利要求1所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述功率板上设置有一插接座，该控制板以及功率板均与插接座电性连接。10.根据权利要求9所述的紧凑轻量型的一体化关节模组，其特征在于：所述后壳开设有连通安装腔的通孔，前述插接座与通孔位置对应。

技术总结
本发明公开了一种紧凑轻量型的一体化关节模组，包括有壳体、谐波减速机、无框力矩电机、永磁制动器、输入端码盘、输出端码盘、控制板以及功率板；通过谐波减速机设置在壳体前端，谐波减速机上具有同轴设置的输入轴和输出轴，该输入轴和输出轴均向内伸入安装腔中，并配合无框力矩电机的设置，使得整体结构更加简单，一体性更好，组装时只需将谐波减速机组装在壳体上即可，组装过程更加方便，同时采用永磁制动器，以及制动器转子套设在输入轴上并贴合固定在电机转子的端面，使得制动器转子直接作用在无框力矩电机转子上，制动响应更快，能有效避免出现紧急制动时输出端偏转的情况，降低了安全隐患，同时制动精度更准。发明技术方案的范围内。案的范围内。案的范围内。


技术研发人员：田建林
受保护的技术使用者：伯朗特机器人股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25